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2019-06-18鋰電池電極新設計 效能佳輕量又環保 450 期

Author 作者 編輯部

【本刊訊】在日常生活中,近年來不論是智慧型手機等3C產品,甚至是逐漸流行的 電動汽機車,都脫離不了鋰電池的使用; 更多科技產品的推陳出新,意味著對鋰電池日漸提升的需求。許多研究單位都在努力研發效能更強的電池設計,其中,又有許多科學家致力於設計全新的電池陰極。

日前,由美國能源部(U.S. Department of Energy)的布魯克黑文國家實驗室 (Brookhaven National Laboratory)團隊發 表於《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)的研究顯示,其為鋰電池設 計出全新的有機陰極材料。該材料以硫 (sulfur)作為核心,並比過往使用的陰極 傳統材料擁有更高的能量密度,極具經濟 效益的同時,也兼顧環保議題。

研究人員表示,目前商用鋰電池常用於小型電子產品中,然而,對於需要長距離行駛的車輛而言,該電池的能量密度需求更高。而當前團隊致力於開發具有高能量密度及穩定性的新電池,除了要解決電池系統的能源輸出之外,研究人員同時也在尋找耐久性較佳的材料設計。為了研發出可提供較高能量的陰極材料,研究團隊選擇使用硫作為原料。研究人員表示,這是因為硫是一種安全且地球上含量相當豐富的元素之一。

因為硫可以形成許多化學鍵,當化學鍵數量越多,代表原子或分子間的結合力越強,因此硫製電極所擁有的能量越高。另外,硫也較傳統材料更為輕盈, 當利用硫作為電池時,對電動車重量也有一定的減輕,在驅動車輛方面可帶來更有效的能量輸出。研究團隊表示,在設計該電池時,選用這種只由碳、氫、 硫及氧組成的有機硫化物,較傳統重金屬製的鋰電池更環保。

但研究人員表示,即使此硫製鋰電池設計更安全,能量輸出也較大,仍舊必須面臨許多的挑戰。簡單來說,當電池在充放電時,硫會產生電極化合物,溶解於電解液中,並且擴散至整個電池內部,引起不良的反應。而目前研究團隊的目標,則是將試圖將其中的硫原子及有機材料連接並 製造出陰極材料,以穩定電池內部的硫。 如果後續研究成功,鋰電池的設計將能獲得更大的進展,對於日後3C等電子產品設備的使用將更有效率。

 

新聞來源

Zulipiya Shadike et al., Synthesis and Characterization of a Molecularly Designed High‐Performance Organodisulfide as Cathode Material for Lithium Batteries, Advanced Energy Materials, 2019.